[发明专利]一种钨和氮化钛金属薄膜的蚀刻液及其使用方法

说明书

本发明公开了一种钨和氮化钛金属薄膜的蚀刻液及使用方法，主要成分包括磷酸、硝酸、醋酸、氟化合物、多元羧酸以及超纯水。首先，利用硝酸将钨和氮化钛氧化；醋酸是为了抑制硝酸的电离，提高体系的氧化能力（硝酸）；磷酸作为缓冲溶液，起到提供氢离子的作用，在蚀刻过程中保持蚀刻速率的稳定；氟化合物和多元羧酸胺作为钛离子和钨离子的络合剂，平衡氮化钛和钨的蚀刻速率。本发明的蚀刻液能同时蚀刻钨和氮化钛，并使钨和氮化钛的蚀刻速率差≤0.01 nm/min，基本保持一致。

技术领域

本发明涉及一种钨和氮化钛金属薄膜的蚀刻液及其配制方法，该蚀刻液能以相同的蚀刻速率蚀刻钨和氮化钛，用来在集成电路制造工艺中形成金属互连线。

背景技术

集成电路制造工艺流程在形成金属互连线的步骤中，通过淀积氮化钛和钨作为导电层(如图1)，为了保证蚀刻表面平整，需要控制氮化钛和钨的蚀刻速率一致，二者的蚀刻速率差尽可能小。

现有的金属蚀刻液一般仅用于钨或氮化钛层的蚀刻，如果用于钨和氮化钛的同时蚀刻，则蚀刻速率差距大(一般0.5nm/min)，不能保证蚀刻一致。例如，专利文献1使用N-甲基吗啉N-氧化物和水用于钨层的蚀刻溶液组合物，该蚀刻溶液组合物仅选择性蚀刻钨基金属而不会蚀刻基于氮化钛的金属。专利文献2使用以重量计75％-95％的选自硫酸和烷基磺酸中的至少一种化合物、以重量计0.3％-10％的过氧化物、以重量计0.0001％-3％的无机铵盐以及水用于TiN层的蚀刻剂组合物，该蚀刻剂组合物用于选择地蚀刻TiN层，TiN层的蚀刻速率远远高于W的蚀刻速率，二者蚀刻速率差距大，不能满足新型存储芯片要求的TiN和W的蚀刻速率一致的蚀刻要求。专利文献3使用包含氧化剂(其为选自由高锰酸钾、过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠组成的组中的至少一种)、氟化合物、钨防腐蚀剂，且pH值为0～4的液体组合物，同样是用于选择新去除氮化钛而不腐蚀钨和低介电常数层间绝缘膜。

专利文献1：申请公布号CN 106868511A

专利文献2：申请公布号CN 105936822A

专利文献3：申请公布号CN 105981136A

综上所述，由于TiN和W的蚀刻差异过大，现有的针对TiN或W等金属蚀刻液文献报道，都是选择性地蚀刻单一的TiN层或者W层，不能满足调控二者蚀刻速率一致的目的，需要开发新的蚀刻液。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时蚀刻钨和氮化钛，并使钨和氮化钛的蚀刻速率保持一致的蚀刻液。

本发明涉及一种钨和氮化钛的蚀刻液及其配制方法，所述蚀刻液的组成包括：占蚀刻液总重量50-80％的磷酸、0.1-5％的硝酸、5-15％的醋酸、0.01-3％的氟化合物、0.01-1％的多元羧酸以及1-40％的水。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，磷酸的含量优选为65-75％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，硝酸的含量优选为0.5-3％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，醋酸的含量优选为8-12％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，所述的氟化合物为选自氢氟酸、氟化铵、氟硼酸中的至少一种，优选其含量为0.01-1％；多元羧酸为选自乙二酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、丁烷四羧酸、衣康酸等多元羧酸中的至少一种，其含量优选为0.01-0.5％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，水的含量优选为10-20％.

采用本发明的蚀刻液对钨和氮化钛进行蚀刻，该蚀刻液的配制方法为：先根据蚀刻液中各成分的重量百分比计算各成分所需量，然后在PFA瓶中分别按顺序称取磷酸、多元羧酸、醋酸、硝酸、氟化合物，最后加入水将蚀刻液调至配制总量。配制完成后采用搅拌或超声分散的方式将蚀刻液混合均匀后待用。